EPR核電機(jī)組ATD再熱器管子管板焊接工藝

趙衛(wèi)君 徐祥久

摘要：為研究EPR核電機(jī)組ATD再熱器設(shè)備中不銹鋼管子與管板平齊式接頭結(jié)構(gòu)的焊接工藝，采用與產(chǎn)品相同的材料、結(jié)構(gòu)及焊接設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)鎢極氬弧焊試驗(yàn)，通過(guò)焊前機(jī)械脹接定位管子、優(yōu)化定位芯套尺寸保證鎢極定位精度，選擇合理焊接參數(shù)得到了成形良好的焊縫;焊后經(jīng)氦檢漏、RT檢測(cè)合格后進(jìn)行拉脫力及宏觀檢查，結(jié)果滿足產(chǎn)品技術(shù)條件的要求，為產(chǎn)品的生產(chǎn)制造提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：EPR; ATD再熱器; 管子管板焊

中圖分類號(hào)：TG 444

Abstract：In order to study the welding procedure of the flush joint of the stainless steel tube and tube sheet in the ATD of the EPR nuclear power unit， the same material， structure and welding equipment as the product were used in automatic tungsten arc welding test. Mechanical expansion before welding fixed tube， optimizing the positioning core sleeve size to ensure the tungsten position and selecting a reasonable welding parameter were carried out to obtain a well-formed weld. After welding， the helium leak detection and RT test were passed，the results of the push-out test and macro-examination met the product technical specification，which provided technical support for product manufacturing.

Key words： EPR; ATD reheater; welding of tube and tube sheet

0 前言

ATD再熱器是第三代核電技術(shù)歐洲壓水堆EPR核電機(jī)組常規(guī)島設(shè)備，為U形管式換熱器。此類設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中最容易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題就是管子（換熱管）與管板焊縫泄露，所以管子管板焊縫的質(zhì)量直接決定了產(chǎn)品制造質(zhì)量[1-3]。

該設(shè)備管子管板接頭為管子端部與管板表面平齊結(jié)構(gòu)，示意圖如圖1所示。管子材質(zhì)為奧氏體不銹鋼SA-688TP304L，規(guī)格15 mm×1 mm;管板材質(zhì)為碳鋼SA-266Gr4，規(guī)格1 680 mm×210 mm。為避免不銹鋼管子與碳鋼管板之間的異種鋼焊接，管板表面堆焊了化學(xué)成分為E308L的不銹鋼堆焊層。產(chǎn)品技術(shù)條件對(duì)管子管板焊縫要求如下：①焊喉a（以焊縫根部點(diǎn)為圓心的焊縫最大內(nèi)接圓半徑，如圖1所示）大于管子壁厚;②接頭拉脫力大于21.32 kN。

管子管板焊接時(shí)，管板表面垂直地面，焊接位置為5G全位置焊接，焊接熔池受重力、表面張力、電弧吹力等因素綜合影響，焊縫成形不易控制。管子管板平齊式結(jié)構(gòu)的焊縫成形比管子伸出式和管子內(nèi)縮式受重力的影響更大，焊接參數(shù)選擇更苛刻，焊接難度更大。

文中對(duì)此平齊式結(jié)構(gòu)不銹鋼管子管板焊接工藝進(jìn)行了研究，以制定合理的焊接工藝保證產(chǎn)品的制造質(zhì)量。

1 試驗(yàn)方法及設(shè)備

1.1 試驗(yàn)材料

管板材質(zhì)為SA-266Gr4，規(guī)格為400 mm×400 mm×90 mm，表面堆焊E308L奧氏體不銹鋼。管子材質(zhì)SA-688TP304L，規(guī)格15 mm×1 mm。焊接材料選擇與管子和堆焊層化學(xué)成分匹配的焊絲ER308L，直徑0.8 mm。3種試驗(yàn)材料的化學(xué)成分見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

焊接設(shè)備為法國(guó)POLYSOUDE公司的TS2000焊接機(jī)頭配PS-406氬弧焊電源。

焊接機(jī)頭通過(guò)定位芯套（圖2）插入管子內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)鎢極旋轉(zhuǎn)中心與管子中心重合。定位芯套尺寸根據(jù)管子內(nèi)徑制造，芯套端部的凸起部分有一定彈性，以此來(lái)保證焊接機(jī)頭的定位精度。鎢極與旋轉(zhuǎn)中心線夾角為5°，焊接示意如圖3所示。

2 試驗(yàn)過(guò)程與分析

待焊接區(qū)域的水、油污等雜質(zhì)易導(dǎo)致焊縫氣孔，試驗(yàn)前用丙酮和白紗布對(duì)管子及管孔進(jìn)行清理。

2.1 管子定位

焊前管子定位方式通常為點(diǎn)焊，優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高[4]。此產(chǎn)品管子壁厚較薄僅為1 mm，點(diǎn)焊會(huì)對(duì)管子端部造成無(wú)法修復(fù)的損傷且會(huì)影響焊縫成形，所以管子定位方式選

擇端部脹接10 mm定位。

脹管設(shè)備選用美國(guó)庫(kù)珀公司的風(fēng)動(dòng)脹管機(jī)Airetool 850A-600及三珠機(jī)械脹管器，為了避免對(duì)管子和管板孔的污染，不用水溶性潤(rùn)滑冷卻劑，而是三珠脹管器和管子內(nèi)壁直接接觸，靠錐形脹珠的旋轉(zhuǎn)使管子發(fā)生塑性變形，達(dá)到定位目的。

2.2 鎢極定位

鎢極位置決定了電弧位置。管子直徑越小，其圓周方向上的曲率越大，焊接過(guò)程中，對(duì)鎢極的定位精度要求更高。對(duì)此薄壁管平齊式接頭結(jié)構(gòu)，電弧熱量應(yīng)主要作用于管板，防止焊后管口內(nèi)徑過(guò)小影響管子管板全程液壓脹接工序，通過(guò)試驗(yàn)最終確定鎢極距管子外壁1.5～2 mm。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鎢極旋轉(zhuǎn)中心和管子中心不重合會(huì)導(dǎo)致電弧出現(xiàn)偏移，出現(xiàn)焊道扁平不飽滿、管子未熔等問(wèn)題，如圖4所示。

為保證定位精度，通過(guò)多次試驗(yàn)選用比管子內(nèi)徑大0.2 mm即規(guī)格為13.20 mm的定位芯套，在保證鎢極定位精度的同時(shí)也便于焊接操作，焊縫成形均勻一致飽滿，如圖5所示。

2.3 焊接工藝參數(shù)

焊喉要求≥1 mm，氬弧焊熔深可滿足此要求。為保證焊縫成形和熔深，最終選用一遍填絲的自動(dòng)脈沖氬弧焊工藝，通過(guò)多次焊接試驗(yàn)，得到了焊縫成形良好的焊接工藝參數(shù)，見表2。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 無(wú)損檢測(cè)

焊后焊縫表面經(jīng)100%VT和100%PT檢測(cè)，焊縫及熱影響區(qū)無(wú)裂紋、未熔合等缺陷。再采用德國(guó)英?？礥L1000氦質(zhì)譜真空檢漏儀進(jìn)行氦檢漏試驗(yàn)，保持壓力0.1 MPa、時(shí)間30 min后焊縫無(wú)泄漏。

把試樣加工成8 mm的薄板，管子中間用鉛粉填滿，射線源在焊縫上方照射，對(duì)焊接接頭進(jìn)行100%RT檢測(cè)，結(jié)果合格。

3.2 拉脫力試驗(yàn)

對(duì)3個(gè)焊接接頭進(jìn)行拉脫力試驗(yàn)，拉脫力值分別為30.6 kN，29.8 kN，30.0 kN，均大于要求值21.32 kN，接頭強(qiáng)度較高，滿足技術(shù)條件要求。

3.3 宏觀檢查

對(duì)4根管子的8個(gè)截面進(jìn)行宏觀檢查，未發(fā)現(xiàn)根部未熔合、氣孔等缺陷，焊喉尺寸均勻穩(wěn)定且均大于1 mm，滿足技術(shù)條件要求，見表3，典型宏觀形貌如圖6所示。

4 結(jié)論

（1）規(guī)格15 mm×1 mm的管子管板齊式結(jié)構(gòu)對(duì)鎢極定位精度要求更高，可通過(guò)優(yōu)化定位芯套尺寸滿足定位精度要求。

（2）焊接接頭無(wú)損檢測(cè)合格，拉脫力及焊喉尺寸均滿足產(chǎn)品技術(shù)條件要求，此焊接工藝可用于指導(dǎo)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造。

（3）為其他類似不銹鋼薄壁平齊式管子管板結(jié)構(gòu)的換熱器制造提供了一定的焊接經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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[4] 李翔，彭云杰，于瑛琦.換熱器產(chǎn)品管子管板焊前定位方式探討[J].鍋爐制造，2013（3）：60-62.